FR2909236A1

FR2909236A1 - Electric generator controlling method for use during starting of heat engine, involves deducing control of load supplied by generator to adapt to instantaneous rotational speed of rotor of generator such that strand of belt drives rotor

Info

Publication number: FR2909236A1
Application number: FR0655100A
Authority: FR
Inventors: Mathieu Pont
Original assignee: Renault SAS
Current assignee: Renault SAS
Priority date: 2006-11-24
Filing date: 2006-11-24
Publication date: 2008-05-30
Anticipated expiration: 2026-11-24
Also published as: FR2909236B1

Abstract

The method involves measuring an instantaneous rotational speed (Vv) of a crankshaft. Control of a load (8) e.g. electrically heated rear window, supplied by an electric generator (6) is deduced to adapt to the instantaneous rotational speed of a rotor of the generator such that a strand of a belt drives the rotor. A deceleration of the crankshaft is determined to determine the load control by deducing power to be provided by the generator and to be absorbed by the load to decelerate the rotor.

Description

1 Procédé de commande d'un générateur électrique de groupe motopropulseur1 Control method of an electric generator of powertrain

et groupe motopropulseur mettant en oeuvre ledit procédé. L'invention concerne un procédé de commande d'un générateur électrique de groupe motopropulseur, en particulier lorsque le générateur est entraîné par une courroie. L'invention concerne également un groupe motopropulseur comportant un générateur commandé selon ledit procédé. Un groupe motopropulseur comporte classiquement un générateur électrique pour fournir de l'énergie électrique au groupe motopropulseur, à ces accessoires et à un véhicule accueillant le groupe motopropulseur. Souvent, le rotor du générateur est entraîné mécaniquement par un vilebrequin de moteur thermique par l'intermédiaire d'une courroie. En se référant à la figure 1, qui montre de manière schématique un groupe motopropulseur vu selon l'axe du vilebrequin, une courroie 1 est montée sur une poulie de vilebrequin 2, une poulie intermédiaire 4 et une poulie de générateur 3. Un galet tendeur 5 est monté en appui sur un brin la de la courroie 1 entre la poulie de générateur 3 et la poulie de vilebrequin 2. Ce brin la est détendu lorsque le moteur entraîne et transmet un couple au générateur 6. Par contre, dans ces conditions, les brins lb, 1c de la courroie entre la poulie de vilebrequin, la poulie intermédiaire et la poulie de générateur sont tendus. Lorsque le moteur décélère brusquement, l'inertie du rotor tend à maintenir une vitesse 2909236 2 élevée du rotor et on a constaté un risque de frottement de la courroie 1 sur les poulies 2, 3. De plus, certains galets tendeurs sont montés de manière élastique de manière à appuyer sur la courroie 1 avec 5 une force prédéterminée. Lorsque une tension apparaît dans le brin la sur lequel le galet 4 appuie, le galet 4 peut reculer et la courroie se détendre au niveau du brin lb, 1c au risque de quitter les poulies. Pour prévenir ces risques, on a proposé, 10 comme le montre le document EP 1 712 809 A2, de monter la poulie d'alternateur sur une roue libre, de telle sorte qu'en cas de décélération du moteur, le rotor puisse tourner librement sans entraîner ni détendre la courroie 1. and powertrain implementing said method. The invention relates to a method for controlling an electric power train generator, in particular when the generator is driven by a belt. The invention also relates to a powertrain comprising a generator controlled according to said method. A powertrain conventionally comprises an electric generator to provide electrical power to the powertrain, these accessories and a powertrain vehicle. Often, the generator rotor is mechanically driven by a crankshaft of a heat engine through a belt. Referring to Figure 1, which shows schematically a powertrain seen along the axis of the crankshaft, a belt 1 is mounted on a crankshaft pulley 2, an intermediate pulley 4 and a generator pulley 3. A tensioner roller 5 is mounted on a strand 1 of the belt 1 between the generator pulley 3 and the crankshaft pulley 2. This strand is expanded when the motor drives and transmits torque to the generator 6. On the other hand, under these conditions, the strands lb, 1c of the belt between the crankshaft pulley, the intermediate pulley and the generator pulley are stretched. When the engine suddenly decelerates, the inertia of the rotor tends to maintain a high speed of the rotor and there is a risk of friction of the belt 1 on the pulleys 2, 3. In addition, some tensioning rollers are mounted elastically to press the belt 1 with a predetermined force. When a tension appears in the strand on which the roller 4 presses, the roller 4 can move back and the belt to relax at the strand lb, 1c at the risk of leaving the pulleys. To prevent these risks, it has been proposed, as shown in EP 1 712 809 A2, to mount the alternator pulley on a freewheel so that, in the event of deceleration of the motor, the rotor can rotate freely. without driving or relaxing the belt 1.

15 Par ailleurs, le mouvement de rotation du vilebrequin n'est pas parfaitement régulier, du fait que les phases motrices dans un moteur à pistons sont cycliques. Le document US 5,156, 573 montre une poulie d'entraînement d'alternateur comportant une fonction 20 de roue libre et une fonction de filtration des pulsations transmises par la courroie. La fonction de filtration impose à la poulie une raideur en rotation relativement faible, qui nuit à sa capacité de transmettre un couple élevé et qui augmente sa 25 fragilité. Les pulsations de vitesse de rotation du vilebrequin sont particulièrement marquées lors de la phase de démarrage du moteur, lorsque un démarreur entraîne le vilebrequin et jusqu'à ce que le moteur tourne au moins à une vitesse de ralenti sans entraînement par le démarreur. Elles sont particulièrement marquées lorsqu'on équipe le moteur 2909236 3 d'un double volant d'inertie amortisseur. Lors de la phase de démarrage du moteur avec une poulie de générateur équipée d'une roue libre, la roue libre entre en action après chacun des premiers cycles de 5 combustion en libérant le rotor du générateur, puis en rétablissant la liaison d'entraînement lors de l'accélération du cycle suivant. Cette succession d'actions génère des chocs sur la courroie qui nuisent à la durée de vie du système.Furthermore, the rotational movement of the crankshaft is not perfectly regular, since the driving phases in a piston engine are cyclic. US 5,156,573 discloses an alternator drive pulley having a freewheel function and a pulse filtration function transmitted by the belt. The filtration function imposes on the pulley a relatively low rotational stiffness, which impairs its ability to transmit high torque and increases its fragility. The rotational speed pulsations of the crankshaft are particularly marked during the starting phase of the engine, when a starter drives the crankshaft and until the engine rotates at least at an idle speed without drive by the starter. They are particularly marked when the 2909236 3 engine is equipped with a double damping flywheel. During the starting phase of the engine with a generator pulley equipped with a freewheel, the free wheel comes into action after each of the first combustion cycles by releasing the rotor of the generator, then restoring the drive link when the acceleration of the next cycle. This succession of actions generates shocks on the belt which adversely affect the life of the system.

10 C'est donc un objectif de l'invention de proposer un procédé et un système d'entraînement d'un générateur limitant les chocs mécaniques, en particulier pendant la phase de démarrage du moteur, en évitant les risques de glissement de la courroie 15 sur les poulies et de dégagement de la courroie hors des poulies. Avec ces objectifs en vue, l'invention a pour objet un procédé de commande d'un générateur électrique dont un rotor est entraîné par le 20 vilebrequin d'un moteur thermique à pistons par l'intermédiaire d'une courroie. Selon le procédé, on mesure la vitesse instantanée de rotation du vilebrequin, on en déduit le pilotage d'une charge alimentée par le générateur électrique pour adapter 25 la vitesse de rotation du rotor de telle sorte qu'un brin de la courroie, tendu pour entraîner le rotor, reste tendu. La connexion d'une charge électrique sur le générateur sollicite le rotor du générateur qui doit 30 fournir de l'énergie. Cette énergie est prélevée sur l'énergie cinétique de rotation du rotor, ce qui permet de le décélérer, et ainsi d'adapter sa vitesse 2909236 4 de rotation à la vitesse de défilement de la courroie. On contrôle ainsi que le brin sur lequel le galet tendeur appuie n'est pas mis sous tension. Cette fonction est réalisée sans le recours à une 5 roue libre, ce qui permet de simplifier la poulie de générateur. Dans le cas où on utilise une poulie filtrante pour la poulie de générateur, celle-ci peut être plus rigide du fait que l'inertie du rotor est connectée en permanence avec la poulie, comme un 10 calcul en résonance permet de le déterminer. Selon un mode de réalisation particulier, pour déterminer le pilotage de la charge, on détermine une décélération du vilebrequin, on en déduit une puissance à fournir par le générateur et à absorber 15 par la charge pour décélérer le rotor. Dès que l'on détecte que le vilebrequin décélère, on détermine que le rotor doit être également décéléré. La détermination d'une puissance permet d'ajuster la décélération du rotor à ce qui est juste nécessaire, 20 sans ajouter de charge d'entraînement pour le vilebrequin. De manière particulière, la puissance à fournir est déterminée par le produit de la vitesse de rotation du rotor, d'une inertie du rotor et d'une 25 décélération du rotor. La décélération du rotor peut facilement être déduite de la décélération du vilebrequin en appliquant un rapport de transmission. La vitesse, et donc l'accélération du rotor, sont par exemple trois fois celles du vilebrequin. Cette 30 puissance correspond à la perte d'énergie cinétique du rotor pour le décélérer dans la même proportion que le vilebrequin.It is therefore an object of the invention to provide a method and a drive system of a generator limiting mechanical shocks, in particular during the engine starting phase, avoiding the risk of slippage of the belt. on the pulleys and clearance of the belt off the pulleys. With these objectives in view, the invention relates to a method of controlling an electric generator, a rotor is driven by the crankshaft of a piston engine by means of a belt. According to the method, the instantaneous speed of rotation of the crankshaft is measured, the steering of a load supplied by the electric generator is deduced to adapt the speed of rotation of the rotor so that one strand of the belt, stretched for drive the rotor, stay tight. The connection of an electrical charge to the generator biases the rotor of the generator which is to supply power. This energy is taken from the rotational kinetic energy of the rotor, which makes it possible to decelerate it, and thus to adapt its speed of rotation to the running speed of the belt. It is thus controlled that the strand on which the tensioner roller presses is not energized. This function is performed without the use of a free wheel, which simplifies the generator pulley. In the case where a filter pulley is used for the generator pulley, this may be more rigid because the inertia of the rotor is permanently connected with the pulley, as a resonance calculation makes it possible to determine it. According to a particular embodiment, in order to determine the control of the load, a deceleration of the crankshaft is determined, a power to be supplied by the generator is deduced and the load is absorbed to decelerate the rotor. As soon as it is detected that the crankshaft is decelerating, it is determined that the rotor must also be decelerated. The determination of a power makes it possible to adjust the deceleration of the rotor to what is just necessary without adding a driving load to the crankshaft. In particular, the power to be supplied is determined by the product of the rotational speed of the rotor, a rotor inertia, and a deceleration of the rotor. The deceleration of the rotor can easily be deduced from the deceleration of the crankshaft by applying a transmission ratio. The speed, and therefore the acceleration of the rotor, are for example three times that of the crankshaft. This power corresponds to the kinetic energy loss of the rotor to decelerate in the same proportion as the crankshaft.

2909236 5 Selon un perfectionnement, on déduit de la puissance à fournir une estimation de perte par frottement du générateur. Les pertes par frottement du générateur servent aussi à décélérer son rotor. Il 5 n'est pas utile de dissiper l'équivalent de cette puissance et on peut réduire la puissance à dissiper de cette valeur de perte par frottement. Selon une disposition particulière, on détermine un rapport cyclique représentant un taux 10 temporel d'alimentation de la charge pour obtenir la puissance à fournir. On alimente la charge avec le générateur non pas en permanence, mais par périodes relativement courtes. Le rapport cyclique représente la durée d'alimentation de la charge sur la durée de 15 la période. L'alimentation de la charge est hachée de manière à obtenir en moyenne la puissance à dissiper. Plus particulièrement, le rapport cyclique est un rapport entre la racine carrée du produit de la puissance à fournir, d'un rendement estimé de 20 l'alternateur et d'une impédance de la charge, sur une tension délivrée par le générateur. Le procédé selon l'invention est avantageusement appliqué pendant une phase de démarrage du moteur. Mais il peut aussi être appliqué 25 pendant d'autres phases de fonctionnement du moteur, comme par exemple à bas régime et forte charge, ou lors des décélérations brutales du moteur. L'invention a aussi pour objet un groupe motopropulseur comportant un moteur thermique à 30 pistons, un générateur électrique dont un rotor est entraîné par le vilebrequin du moteur thermique par 2909236 6 l'intermédiaire d'une courroie. Le groupe motopropulseur comporte des moyens de mesure de la vitesse de rotation instantanée du vilebrequin, des moyens de calculs recevant ladite vitesse de 5 rotation, et des moyens de contrôle destinés à alimenter une charge selon le procédé tel que décrit précédemment. Selon une disposition particulière, les moyens de contrôle sont un hacheur alimentant la charge 10 selon un rapport cyclique. L'invention sera mieux comprise et d'autres particularités et avantages apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre, la description faisant référence aux dessins annexés parmi 15 lesquels : - la figure 1 est une vue schématique dans l'axe d'un vilebrequin d'un groupe motopropulseur selon l'art antérieur ; - la figure 2 est une vue schématique du générateur 20 et du circuit électrique conforme à l'invention ; - la figure 3 est un diagramme temporel de la vitesse du vilebrequin et d'une puissance à fournir par le générateur conformément à l'invention.According to one improvement, power is derived to provide a friction loss estimate of the generator. Friction losses of the generator also serve to decelerate its rotor. It is not useful to dissipate the equivalent of this power and the power to be dissipated from this friction loss value can be reduced. According to a particular arrangement, a duty cycle is determined representing a time rate of supply of the load to obtain the power to be supplied. The load is supplied with the generator not permanently, but in relatively short periods. The duty cycle represents the charge duration of the charge over the period of the period. The power supply of the load is chopped so as to obtain on average the power to be dissipated. More particularly, the duty cycle is a ratio between the square root of the product of the power to be supplied, an estimated generator output and an impedance of the load, on a voltage delivered by the generator. The method according to the invention is advantageously applied during a starting phase of the engine. But it can also be applied during other phases of engine operation, such as at low speed and high load, or during sudden decelerations of the engine. The invention also relates to a powertrain comprising a heat engine 30 pistons, an electric generator whose rotor is driven by the crankshaft of the engine through a belt 2909236. The powertrain comprises means for measuring the instantaneous rotation speed of the crankshaft, calculation means receiving said rotational speed, and control means for feeding a load according to the method as described above. According to a particular provision, the control means are a chopper supplying the load 10 in a duty cycle. The invention will be better understood and other features and advantages will appear on reading the following description, the description referring to the appended drawings among which: FIG. 1 is a diagrammatic view in the axis of a crankshaft of a powertrain according to the prior art; - Figure 2 is a schematic view of the generator 20 and the electrical circuit according to the invention; - Figure 3 is a timing diagram of the speed of the crankshaft and a power to be provided by the generator according to the invention.

25 Un groupe motopropulseur conforme à l'invention est représenté de la même manière que celui conforme à l'art antérieur, sur la figure 1. Sa description n'est pas répétée ici. Le groupe motopropulseur est complété par un 30 hacheur 7 électronique et une charge 8, comme montré 2909236 7 sur la figure 2. Le hacheur 7 est alimenté par du courant provenant du générateur 6 et reçoit d'une unité centrale 9 un signal t qui est explicité par la suite. Le hacheur 7 alimente une charge 8, qui peut 5 être par exemple une lunette arrière chauffante ou tout autre charge électrique équipant un véhicule, de préférence résistive. Le procédé selon l'invention est mis en oeuvre par exemple au démarrage du moteur, par l'unité 10 centrale 9. Pendant cette phase, comme le montre une courbe 10 de la figure 3, la vitesse de rotation du vilebrequin Vv augmente progressivement, mais avec de fortes oscillations, par exemple avec l'accélération repérée 11 et avec la décélération repérée 12 sur la 15 courbe 10. L'unité centrale 9 reçoit un signal d'un capteur de vitesse, non représenté, permettant de déterminer la vitesse instantanée de rotation du vilebrequin Vv. A partir de cette vitesse de 20 rotation, on détermine à chaque instant l'accélération du vilebrequin yv par la formule : dVv Yv_ dt On en déduit la décélération yg à appliquer au générateur 6 : yg = R.yv où R est le rapport de vitesse entre le vilebrequin 25 et le générateur 6. Cette décélération est convertie ensuite en une puissance mécanique à prélever Pm selon la formule suivante : 2909236 Pm = (I.yg ù Cf ).Vv.R où I est une inertie du générateur 6 et Cf est une estimation du couple de frottement interne au générateur 6 déterminé en fonction de la vitesse du vilebrequin, représentatif des pertes par frottement.A power train according to the invention is shown in the same way as that according to the prior art, in FIG. 1. Its description is not repeated here. The power train is completed by an electronic chopper 7 and a load 8, as shown in FIG. 2. The chopper 7 is powered by current from the generator 6 and receives from a central unit 9 a signal t which is explained later. The chopper 7 feeds a load 8, which can be for example a heated rear window or any other electric load equipping a vehicle, preferably resistive. The method according to the invention is implemented for example at the start of the engine, by the central unit 9. During this phase, as shown by a curve 10 of FIG. 3, the rotation speed of the crankshaft Vv increases progressively, but with strong oscillations, for example with the acceleration marked 11 and with the deceleration marked 12 on the curve 10. The central unit 9 receives a signal from a speed sensor, not shown, for determining the instantaneous speed crankshaft rotation Vv. From this speed of rotation, the acceleration of the crankshaft yv is determined at each instant by the formula: dVv Yv_ dt From this is deduced the deceleration yg to be applied to the generator 6: yg = R.yv where R is the ratio of speed between the crankshaft 25 and the generator 6. This deceleration is then converted into a mechanical power to take Pm according to the following formula: ## EQU1 ## where I is an inertia of the generator 6 and Cf is an estimate of the internal friction torque generator 6 determined according to the speed of the crankshaft, representative of the friction losses.

5 Les valeurs de R, Cf et I sont des valeurs mémorisées par l'unité centrale 9. La courbe 20 de la figure 3 montre l'évolution de la valeur de Pm en fonction du temps pendant la phase de démarrage du moteur. On en déduit alors un rapport cyclique t selon 10 la formule suivante : t= J~ .Rr.Pm U où Rr est une valeur de résistance de la charge 8, ri est un rendement électrique du générateur 6 et U est une estimation de la tension délivrée par le générateur 6 en fonction de la vitesse du 15 vilebrequin. La valeur du rapport cyclique t est transmise au hacheur 7 qui découpe le courant en provenance du générateur 6 en petites périodes. Chaque période comporte une phase passante dans laquelle le courant 20 passe vers la charge 8, et une phase de coupure pendant laquelle le courant est coupé. Le rapport cyclique t est le rapport entre la durée de la phase passante et celle de la période. On constate en appliquant le procédé selon 25 l'invention que le brin la ne se tend pas pendant la phase de démarrage, malgré les oscillations de vitesse du vilebrequin et qu'aucun glissement de la 8 2909236 9 courroie ne se produit, bien que la poulie de générateur ne comporte pas de roue libre.The values of R, Cf and I are values stored by the central unit 9. The curve 20 of FIG. 3 shows the evolution of the value of Pm as a function of time during the starting phase of the motor. A cyclic ratio t is then deduced according to the following formula: t = J ~ .Rr.Pm U where Rr is a resistance value of the charge 8, ri is an electrical efficiency of the generator 6 and U is an estimate of the voltage delivered by the generator 6 as a function of the speed of the crankshaft. The value of the duty cycle t is transmitted to the chopper 7 which cuts the current from the generator 6 in small periods. Each period comprises a pass phase in which the current 20 passes to the load 8, and a cut-off phase during which the current is cut. The duty ratio t is the ratio between the duration of the pass phase and that of the period. It is found by applying the method according to the invention that the strand 1a does not stretch during the start-up phase, despite the crankshaft speed oscillations and no slipping of the belt occurs, although the generator pulley does not have a freewheel.

Claims

1. A method of controlling an electric generator (6), a rotor of which is driven by the crankshaft of a piston engine by means of a belt (1), characterized in that the instantaneous speed is measured. crankshaft rotation (Vv), it is deduced the piloting of a load (8) supplied by the generator (6) electrical to adapt the speed of rotation of the rotor so that a strand (lb) of the belt ( 1), stretched to drive the rotor, remains tight.

2. Method according to claim 1, wherein, to determine the control of the load (8), a deceleration of the crankshaft (yv) is determined, a power to be supplied (Pm) is deduced by the generator (6) and absorbed by the load (8) to decelerate the rotor.

3. Method according to claim 2, wherein the power to be supplied (Pm) is determined by the product of the rotational speed of the rotor (Vv), a rotor inertia (I) and a deceleration of the rotor ( 7g).

4. The method of claim 3, wherein subtracting the power to provide (Pm) an estimate of friction loss of the generator (6).

5. The method according to claim 2, wherein a duty cycle (t) representing a charging rate of the load (8) is determined to obtain the power to be supplied (Pm).

6. The method according to claim 5, wherein the duty cycle (t) is a ratio between the square root of the product of the power to be supplied (Pm), an output (11) estimated generator (6) and d an impedance of the load (8) on a voltage delivered by the generator (6).

7. Method according to claim 1, characterized in that it is applied during a starting phase of the engine.

8. Power train comprising a piston engine, an electric generator (6) having a rotor driven by the crankshaft of the heat engine via a belt (1), characterized in that the power unit comprises means for measuring the instantaneous rotation speed (Vv) of the crankshaft, calculation means (9) receiving said rotational speed (Vv), and control means (7) for supplying a load (8) according to the method of claim 1.

9. Power train according to claim 8, wherein the control means are a chopper (7) supplying the load (8) at a duty cycle (t).